ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------------------------
Trần Thị Hải
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ CƠ CHẾ TÁN XẠ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
THỜI GIAN SỐNG VẬN CHUYỂN VÀ THỜI GIAN SỐNG
LƯỢNG TỬ TRONG CÁC HỆ HAI CHIỀU
Chuyên ngành: Vật Lý Lý thuyết và Vật Lý toán
Mã số: 62 44 01 01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ
Hà Nội – 2010
Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Vật lý lý thuyết-Trường Đại
học Khoa học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội.
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS Nguyễn Huyền Tụng
2. GS. TS Nguyễn Quang Báu
Phản biện 1: GS. TS. Vũ Văn Hùng
Phản biện 2: GS. TS. Nguyễn Toàn Thắng
Phản biện 3: PGS. TS. Nguyễn Đình Dũng
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp nhà nước chấm luận án
tiến sĩ họp tại Đại học Khoa học Tự Nhiên-Đại học Quốc Gia Hà Nội.
vào hồi 15 giờ 00 ngày 23 tháng 11 năm 2010.
Có thể tìm hiểu luận án tại:
Thư viện Quốc gia Việt Nam
Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội
1
MỞ ĐẦU
Như đã biết, độ linh động được xác định bằng công thức:
*
e
m
τ
μ
= (1.2)
với m* là khối lượng hiệu dụng, τ là thời gian sống vận chuyển của điện
tử. Công thức (1.2) cho thấy việc một trong các biện pháp nâng cao độ linh
động là tìm cách kéo dài thời gian sống. Trong nhiều bài toán của hiện
tượng vận chuyển, vấn đề trung tâm chuyển sang các bài toán nghiên cứu
thời gian sống và kết luận về hai đại lượng trên trong nhiều trường hợp là
đồng nhất.
Thời gian sống vận chuyển và thời gian lượng tử là hai tham số quan trọng
thường được sử dụng để đặc cho hiệu suất của các cấu trúc bán dẫn có độ
linh động cao. Để nâng cao hiệu suất của các linh kiện điện tử cần phải
nghiên cứu và xác định được các cơ chế tán xạ gây bất lợi cho độ linh
động. Người ta chỉ ra rằng, một trong các cách hiệu quả nhất để xác định
các cơ chế tán xạ chủ đạo là nghiên cứu thời gian sống vận tải và lượng tử
cũng như là tỉ số của chúng (Dingle ratio). Thời gian sống lượng tử còn
liên quan đến sự mở rộng của các mức Landau của các điện tử trong từ
trường ngoài, và với năng lượng riêng của hạt. Việc lưu trữ và truyền các
thông tin bằng các hiện tượng lượng tử là lĩnh vực nghiên cứu nóng bỏng
của các nhà khoa học trên toàn thế giới. Có thể nói rằng thời gian sống
(vận chuyển và lượng tử) là đại lượng vừa mang đến cho chúng ta những
thông tin quan trọng về hệ lượng tử vừa là đại lượng có tính quyết định
cho việc ứng dụng các hệ đó trong các thiết bị lượng tử.
Các nội dung cơ bản sẽ được tập trung nghiên cứu và giải quyết trong luận
án bao gồm:
2
1. Luận án nghiên cứu ảnh hưởng của các cơ chế tán xạ cũng như của
các hiệu ứng chắn lên thời gian sống vận chuyển và thời gian sống
lượng tử. Trong một thời gian dài tỉ số Dingle D = τt / τs được sử dụng
như một tiêu chí xác định cơ chế tán xạ nào đóng vai trò chính trong
thời gian sống vận chuyển (và độ linh động ) của hạt tải. Các nghiên
cứu thực nghiệm và lý thuyết gần đây đã chỉ ra sự không chính xác
của kết luận trên.
2. Ảnh hưởng của cơ chế giam hãm khi tính đến hiện tượng uốn cong
vùng năng lượng lên thời gian sống vận chuyển và thời gian sống
lượng tử. Xác định các cơ chế tán xạ cơ bản ảnh hưởng lên các thời
gian sống của hạt tải trong giếng thế vuông góc ở nhiệt độ thấp.
3. Khả năng nâng cao độ linh động của các hạt tải trong linh kiện bán
dẫn bằng cách tác động lên thế giam hãm và hiệu ứng uốn cong vùng
năng lượng.
4. Nghiên cứu tỉ số của các thời gian sống của hạt tải trong giếng thế
vuông góc ở nhiệt độ thấp, ở đó tán xạ trên độ nhám bề mặt đóng vai
trò quyết định. Từ tỉ số của các thời gian sống, xác định các tham số
đặc trưng cho phẩm chất của bề mặt vật liệu đó là các tham số Δ và Λ.
Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm gần đây chỉ ra rằng cơ chế giam
hãm gây bởi pha tạp có ảnh hưởng rất lớn lên độ linh động của cấu trúc dị
tính. Với mẫu vùng năng lượng bị uốn cong do pha tạp người ta đã giải
thích được một số vấn đề có tính chất thách đố của hệ hạt tải hai chiều như
sự phụ thuộc không đơn điệu của độ linh động vào độ rộng giếng và
nguyên nhân của sự giảm độ linh động khi mẫu được pha tạp điều biến bất
đối xứng… Trong luận án của mình, tác giả sử dụng phát triển mô hình
uốn cong vùng năng lượng do pha tạp điều biến đối xứng nhằm tìm ra cơ
3
chế có thể nâng cao độ linh động của các hạt tải trong giếng lượng tử. Để
đạt mục đích nói trên, người ta cần xác định được các cơ chế tán xạ chủ
yếu tác động lên tính chất vận chuyển của hạt tải và tìm cách làm yếu đi
các ảnh hưởng này. Với mục đích đó cần phải biết được sự phụ thuộc của
độ linh động vào các điều kiện thực nghiệm như: nhiệt độ, mật độ hạt tải
và độ rộng của giếng lượng tử.
Như đã biết, ở nhiệt độ thấp, độ nhám bề mặt và thế biến dạng là những cơ
chế tán xạ chủ đạo trong tiếp xúc dị tính, đặc biệt là trong các giếng lượng
tử hẹp. Những kết quả gần đây cho thấy rằng pha tạp bất đối xứng (pha tạp
một phía) các giếng lượng tử vuông góc dẫn đến sự biến đổi bất đối xứng
hàm bao. Phân bố các hạt tải cũng trở nên bất đối xứng và bị dồn về phía
pha tạp. Điều này là mạnh thêm các tán xạ của hạt tải trên độ nhám bề mặt
và thế biến dạng làm cho độ linh động giảm đi đáng kể. Bởi vậy chúng tôi
đề xuất khả năng làm tăng độ linh động thông qua việc giảm bớt sự bất đối
xứng của hàm bao nhờ ảnh hưởng của hiệu ứng uốn cong vùng năng lượng
gây bởi pha tạp đối xứng hoặc trường ngoài.
Nghiên cứu và giải quyết vấn đề được đề cập đến ở trên, về mặt khoa học,
chúng ta có thể hiểu sâu hơn bản chất các hiện tượng được thực nghiệm
phát hiện nhưng đến nay vẫn chưa có giải thích lý thuyết. Về mặt ứng
dụng, các kết quả nghiên cứu sẽ trực tiếp góp phần giải quyết bài toán cấp
bách: Làm thế nào để nâng độ linh động của hạt tải trong vật liệu?
Để nâng cao độ linh động của hệ hạt tải hai chiều trong các giếng lượng tử
cần tác động lên các yếu tố quyết định nó như: cấu trúc điện tử, các cơ chế
tán xạ và các nguồn giam hãm. Những nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm gần đây cho thấy ảnh hưởng của pha tạp lên cơ chế giam hãm có
tác động rất lớn lên độ linh động của cấu trúc dị tính.